quimica

1. ZUMDAHL t DECOSTE
Principios
de química
Séptima
edición
La séptima edición del best-seller Principios de Química, de Zumdahl y DeCoste, com-
bina la mejor estructura de resolución de problemas con la pedagogía que permite a
los estudiantes habilitarse para resolver problemas independientes en el curso intro-
ductorio y más allá. Captura el interés del alumno a través de la cobertura inicial de
las reacciones químicas, explicaciones accesibles y visualizaciones, y un énfasis en las
aplicaciones cotidianas. Los autores explican conceptos químicos a partir de concep-
tos básicos, usando símbolos o diagramas, y terminan alentando a los estudiantes a
poner a prueba su propia comprensión de la solución. Este enfoque paso a paso ya ha
ayudado a cientos de miles de estudiantes a comprender los conceptos químicos prin-
cipales y a desarrollar habilidades para resolver problemas. El libro es conocido por su
enfoque en el aprendizaje conceptual y por la forma en que motiva a los estudiantes
mediante la conexión de los principios químicos de la vida real con las experiencias en
las discusiones de entrada de capítulo. La enseñanza sin igual del libro y los recursos
de aprendizaje incluyen un sólido paquete de tecnología que ofrece ahora una elección
entre Online Web Learning (OWL) y Enhanced WebAssign.
Características
t -PTFKFSDJDJPTZNPEFMPTDPNPFKFNQMPTSFTVFMUPT
MPTFKFSDJDJPTEFBVUPFWBMVBDJØO
y los recuadros de desarrollo de habilidades apoyan a los autores en el método de
resolución de problemas “paso a paso”.
t MmOBMEFDBEBDBQÓUVMPJODMVZFNBUFSJBMDPOUÏSNJOPTDMBWF
VOSFTVNFOEFMDPOUFOJ-
do relevante, preguntas y problemas dispuestos en pares conforme a las secciones de
los capítulos, problemas adicionales que incorporan material de varias secciones,
preguntas de discusión en clase y “repasos acumulativos” que ponen a prueba con-
ceptos de bloques de capítulos previos.
t 3FEBDDJØOBDUVBMJ[BEBEFMUFYUPZMBTIBCJMJEBEFTNBUFNÈUJDBTGVOEBNFOUBMFT
UBMFT
DPNPMBOPUBDJØODJFOUÓmDB
FMSFEPOEFPZSFPSHBOJ[BDJØOEFMBTFDVBDJPOFTEFNÈT
los tips de matemáticas, indicados por iconos, ayudan a los estudiantes a realizar sus
cálculos.
Principios
de
química
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Séptima edición

2. Principios de química
SÉPTIMA EDICIÓN
Steven S. Zumdahl
Universidad de Illinois
Donald J. DeCoste
Universidad de Illinois
Traducción
Ing. Jorge Hernández Lanto
Revisión técnica
Maestra en Ciencias María Aurora Lanto Arriola
Profesora titular
Departamento de Química Inorgánica
Escuela Nacional de Ciencias Biológicas
Instituto Politécnico Nacional
Australia · Brasil · Japón · Corea · México · Singapur · España · Reino Unido · Estados Unidos
ERRNVPHGLFRVRUJ

3. © D.R. 2012 por Cengage Learning Editores, S.A. de C.V.,
una Compañía de Cengage Learning, Inc.
Corporativo Santa Fe
Av. Santa Fe núm. 505, piso 12
Col. Cruz Manca, Santa Fe
C.P. 05349, México, D.F.
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usada bajo permiso.
DERECHOS RESERVADOS. Ninguna parte de
este trabajo amparado por la Ley Federal del
Derecho de Autor, podrá ser reproducida,
transmitida, almacenada o utilizada en
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pero sin limitarse a lo siguiente: fotocopiado,
reproducción, escaneo, digitalización,
grabación en audio, distribución en Internet,
distribución en redes de información o
almacenamiento y recopilación en sistemas
de información a excepción de lo permitido
en el Capítulo III, Artículo 27 de la Ley Federal
del Derecho de Autor, sin el consentimiento
por escrito de la Editorial.
Traducido del libro Introductory Chemistry. A Foundation.
Seventh Edition.
Steven S. Zumdahl y Donald J. DeCoste
Publicado en inglés por Brooks/Cole, una compañía
de Cengage Learning ©2011
ISBN: 978-1-4390-4940-2
Datos para catalogación bibliográfica:
Zumdahl, Steven S. y Donald J. DeCoste
Principios de química.
Séptima edición
ISBN 13: 978-607-481-870-3
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http://latinoamerica.cengage.com
Impreso en México
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Principios de química
Séptima edición
Steven S. Zumdahl y Donald J.
DeCoste
Presidente de Cengage
Learning Latinoamérica
Fernando Valenzuela Migoya
Director editorial, de
producción y de plataformas
digitales para Latinoamérica
Ricardo H. Rodríguez
Gerente de procesos para
Latinoamérica
Claudia Islas Licona
Gerente de manufactura para
Latinoamérica
Raúl D. Zendejas Espejel
Gerente editorial de
contenidos en español
Pilar Hernández Santamarina
Coordinador de manufactura
Rafael Pérez González
Editores
Sergio R. Cervantes González
Gloria Luz Olguín Sarmiento
Imagen de la portada
© Nexus7/Dreamstime
Composición tipográfica
Baktun 13 Comunicación
Luis Ángel Arroyo Hernández
Gerardo Larios García
Beatriz Mota Ramírez

4. iii
CONTENIDO BREVE
1 Química: introducción ............................................................ 1
2 Mediciones y cálculos .............................................................. 14
3 Materia ..................................................................................... 56
4 Fundamentos químicos: elementos, átomos y iones ............. 74
5 Nomenclatura .......................................................................... 114
6 Reacciones químicas: introducción ......................................... 144
7 Reacciones en disoluciones acuosas ....................................... 166
8 Composición química .............................................................. 204
9 Cantidades químicas ............................................................... 248
10 Energía...................................................................................... 288
11 Teoría atómica moderna ........................................................ 322
12 Enlace químico ......................................................................... 358
13 Gases ........................................................................................ 402
14 Líquidos y sólidos ..................................................................... 446
15 Disoluciones ............................................................................. 474
16 Ácidos y bases........................................................................... 514
17 Equilibrio .................................................................................. 544
18 Reacciones de oxidación-reducción y electroquímica............ 582
19 Radiactividad y energía nuclear ............................................. 614
20 Química orgánica .................................................................... 640
21 Bioquímica................................................................................ 688

6. v
CONTENIDO
Prefacio xiv
1 Química: introducción 1
1.1 Química: introducción 1
QUÍMICA EN ENFOQUE Doctora Ruth: heroína del algodón 4
1.2 ¿Qué es la química? 4
1.3 Resolución de problemas utilizando un método científico 5
QUÍMICA EN ENFOQUE Un problema misterioso 6
1.4 El método científico 8
1.5 Aprendizaje de la química 9
QUÍMICA EN ENFOQUE Química: un componente importante
de su educación 10
Repaso del capítulo 11
2 Mediciones y cálculos 14
2.1 Notación científica 15
2.2 Unidades 18
QUÍMICA EN ENFOQUE ¡Unidades críticas! 19
2.3 Mediciones de longitud, volumen y masa 20
QUÍMICA EN ENFOQUE Medición: pasado, presente y futuro 22
2.4 Incertidumbre en las mediciones 23
2.5 Cifras significativas 24
2.6 Resolución de problemas y análisis dimensional 30
2.7 Conversiones de temperatura: método para la resolución
de problemas 34
QUÍMICA EN ENFOQUE Termómetros diminutos 38
2.8 Densidad 42
Repaso del capítulo 46
3 Materia 56
3.1 Materia 57
3.2 Propiedades y cambios físicos y químicos 58
3.3 Elementos y compuestos 61
3.4 Mezclas y sustancias puras 62
QUÍMICA EN ENFOQUE Concreto: un material antiguo hecho
actualmente con alta tecnología 63
3.5 Separación de mezclas 65
Repaso del capítulo 67
Repaso acumulativo para los capítulos 1-3 72

7. vi Contenido
4 Fundamentos químicos: elementos, átomos y iones 74
4.1 Los elementos 75
4.2 Símbolos para los elementos 77
QUÍMICA EN ENFOQUE Elementos traza: pequeños pero cruciales 78
4.3 Teoría atómica de Dalton 80
QUÍMICA EN ENFOQUE No es cosa de risa 81
4.4 Fórmulas de los compuestos 81
4.5 Estructura del átomo 82
4.6 Introducción al concepto moderno de la estructura atómica 85
4.7 Isótopos 86
QUÍMICA EN ENFOQUE ¿“En cuál cabello” vive? 87
QUÍMICA EN ENFOQUE Historias de isótopos 89
4.8 Introducción a la tabla periódica 90
QUÍMICA EN ENFOQUE Ponerle el alto al arsénico 94
4.9 Estados naturales de los elementos 94
4.10 Iones 98
4.11 Compuestos que contienen iones 101
Repaso del capítulo 105
5 Nomenclatura 114
5.1 Nomenclatura de compuestos 115
QUÍMICA EN ENFOQUE Azúcar de plomo 116
5.2 Nomenclatura de compuestos binarios que contienen un metal
y un no metal (tipos I y II) 116
5.3 Nomenclatura de compuestos binarios que sólo contienen
no metales (tipo III) 124
5.4 Nomenclatura de compuestos binarios: repaso 126
QUÍMICA EN ENFOQUE Química a través de la filatelia 127
5.5 Nomenclatura de compuestos que contienen iones poliatómicos 129
5.6 Nomenclatura de ácidos 132
5.7 Escritura de las fórmulas a partir de los nombres 134
Repaso del capítulo 135
Repaso acumulativo para los capítulos 4-5 142
6 Reacciones químicas: introducción 144
6.1 Evidencia de una reacción química 145
6.2 Ecuaciones químicas 147
6.3 Balanceo de ecuaciones químicas 151

8. Contenido vii
QUÍMICA EN ENFOQUE El escarabajo que dispara en línea recta 153
Repaso del capítulo 158
7 Reacciones en disoluciones acuosas 166
7.1 Predicción de si ocurrirá una reacción 167
7.2 Reacciones en las que se forma un sólido 167
7.3 Descripción de las reacciones en disoluciones acuosas 177
7.4 Reacciones que forman agua: ácidos y bases 179
7.5 Reacciones de metales con no metales (oxidación-reducción) 182
7.6 Formas de clasificar las reacciones 186
QUÍMICA EN ENFOQUE Reacciones de oxidación-reducción.
Lanzamiento del transbordador espacial 188
7.7 Otras formas de clasificar las reacciones 189
Repaso del capítulo 193
Repaso acumulativo para los capítulos 6-7 201
8 Composición química 204
8.1 Conteo por peso 205
QUÍMICA EN ENFOQUE ¡Plástico que habla y escucha! 206
8.2 Masas atómicas: conteo de átomos por peso 208
8.3 El mol 210
8.4 Aprendiendo a resolver problemas 215
8.5 Masa molar 218
8.6 Composición porcentual de los compuestos 225
8.7 Fórmulas de los compuestos 227
8.8 Cálculo de las fórmulas empíricas 229
8.9 Cálculo de las fórmulas moleculares 236
Repaso del capítulo 238
9 Cantidades químicas 248
9.1 Información proporcionada por las ecuaciones químicas 249
9.2 Relaciones mol-mol 251
9.3 Cálculo de las masas 254
QUÍMICA EN ENFOQUE Automóviles del futuro 262
9.4 Concepto del reactivo limitante 264
9.5 Cálculos que involucran un reactivo limitante 266
9.6 Rendimiento porcentual 273
Repaso del capítulo 275
Repaso acumulativo para los capítulos 8-9 286

9. viii Contenido
10 Energía 288
10.1 Naturaleza de la energía 289
10.2 Temperatura y calor 291
10.3 Procesos exotérmicos y endotérmicos 292
10.4 Termodinámica 293
10.5 Medición de los cambios de energía 294
QUÍMICA EN ENFOQUE Café: caliente y rápido (con cal) 295
QUÍMICA EN ENFOQUE La naturaleza tiene plantas calientes 297
QUÍMICA EN ENFOQUE Caminar sobre fuego: ¿magia o ciencia? 300
10.6 Termoquímica (entalpía) 301
QUÍMICA EN ENFOQUE Metano: una importante fuente de energía 303
10.7 Ley de Hess 303
10.8 Calidad contra cantidad de energía 305
10.9 La energía y nuestro mundo 306
QUÍMICA EN ENFOQUE Ver la luz 310
10.10 La energía como fuerza conductora 311
Repaso del capítulo 315
11 Teoría atómica moderna 322
11.1 El átomo de Rutherford 323
11.2 Radiación electromagnética 324
QUÍMICA EN ENFOQUE La luz como atrayente sexual 325
QUÍMICA EN ENFOQUE Efectos atmosféricos 326
11.3 Emisión de energía de los átomos 327
11.4 Niveles de energía del hidrógeno 328
11.5 Modelo de Bohr del átomo 331
11.6 Modelo mecánico ondulatorio del átomo 331
11.7 Orbitales del hidrógeno 333
11.8 Modelo mecánico ondulatorio: desarrollo complementario 336
11.9 Arreglos electrónicos en los primeros 18 átomos de la tabla periódica 338
QUÍMICA EN ENFOQUE Momento magnético 341
11.10 Configuraciones electrónicas y la tabla periódica 342
QUÍMICA EN ENFOQUE Química del bohrio 343
11.11 Propiedades atómicas y la tabla periódica 347
QUÍMICA EN ENFOQUE Fuegos artificiales 349
Repaso del capítulo 351

10. Contenido ix
12 Enlace químico 358
12.1 Tipos de enlaces químicos 359
12.2 Electronegatividad 361
12.3 Polaridad de enlace y momentos dipolares 364
12.4 Configuraciones electrónicas estables y cargas en los iones 365
12.5 Enlace iónico y estructuras de los compuestos iónicos 368
12.6 Estructuras de Lewis 370
QUÍMICA EN ENFOQUE Abejas o no abejas 373
12.7 Estructuras de Lewis de moléculas con enlaces múltiples 374
QUÍMICA EN ENFOQUE Esconder el dióxido de carbono 375
QUÍMICA EN ENFOQUE Brócoli: ¿alimento milagroso? 377
12.8 Estructura molecular 381
12.9 Estructura molecular: modelo RPECV 382
QUÍMICA EN ENFOQUE Sabor: es la estructura la que cuenta 383
12.10 Estructura molecular: moléculas con enlaces dobles 387
QUÍMICA EN ENFOQUE Molécula minimotora 389
Repaso del capítulo 391
Repaso acumulativo para los capítulos 10-12 399
13 Gases 402
13.1 Presión 403
13.2 Presión y volumen: ley de Boyle 407
13.3 Volumen y temperatura: ley de Charles 411
13.4 Volumen y moles: ley de Avogadro 417
13.5 Ley de los gases ideales 419
QUÍMICA EN ENFOQUE ¡Los bocadillos también necesitan química! 424
13.6 Ley de Dalton de las presiones parciales 425
13.7 Leyes y modelos: repaso 429
13.8 Teoría cinética molecular de los gases 430
13.9 Las implicaciones de la teoría cinética molecular 431
13.10 Estequiometría de los gases 432
Repaso del capítulo 436
14 Líquidos y sólidos 446
14.1 El agua y sus cambios de fase 448
14.2 Requerimientos de energía para los cambios de estado 450
QUÍMICA EN ENFOQUE Las ballenas necesitan cambios de estado 451

11. x Contenido
14.3 Fuerzas intermoleculares 454
14.4 Evaporación y presión de vapor 456
14.5 El estado sólido: tipos de sólidos 458
14.6 Enlazamiento en los sólidos 460
QUÍMICA EN ENFOQUE Metal con memoria 464
Repaso del capítulo 466
15 Disoluciones 474
15.1 Solubilidad 475
QUÍMICA EN ENFOQUE Agua, agua en todas partes, pero… 478
QUÍMICA EN ENFOQUE Química verde 480
15.2 Composición de las disoluciones: introducción 480
15.3 Composición de las disoluciones: porcentaje en masa 481
15.4 Composición de las disoluciones: molaridad 483
15.5 Dilución 488
15.6 Estequiometría de las reacciones en disoluciones 491
15.7 Reacciones de neutralización 495
15.8 Composición de las disoluciones: normalidad 497
Repaso del capítulo 501
Repaso acumulativo para los capítulos 13-15 510
16 Ácidos y bases 514
16.1 Ácidos y bases 515
QUÍMICA EN ENFOQUE Goma que espumea 517
16.2 Fuerza de los ácidos 518
QUÍMICA EN ENFOQUE Carbonatación: un truco interesante 521
QUÍMICA EN ENFOQUE Las plantas se defienden 522
16.3 El agua como un ácido y una base 523
16.4 La escala del pH 525
QUÍMICA EN ENFOQUE Salpullido de aviones 526
QUÍMICA EN ENFOQUE Variedad de indicadores ácido-base
en el jardín 532
16.5 Cálculo del pH de disoluciones de ácidos fuertes 532
16.6 Disoluciones reguladoras 534
Repaso del capítulo 535

12. Contenido xi
17 Equilibrio 544
17.1 Cómo ocurren las reacciones químicas 545
17.2 Condiciones que afectan las velocidades de reacción 546
QUÍMICA EN ENFOQUE Protección del ozono 548
17.3 La condición del equilibrio 549
17.4 Equilibrio químico: una condición dinámica 551
17.5 Constante de equilibrio: introducción 552
17.6 Equilibrios heterogéneos 556
17.7 Principio de Le Châtelier 558
17.8 Aplicaciones que involucran la constante de equilibrio 566
17.9 Equilibrios de solubilidades 567
Repaso del capítulo 571
Repaso acumulativo para los capítulos 16-17 580
18 Reacciones de oxidación-reducción y electroquímica 582
18.1 Reacciones de oxidación-reducción 583
18.2 Estados de oxidación 584
18.3 Reacciones de oxidación-reducción entre no metales 588
QUÍMICA EN ENFOQUE ¿Envejecemos por la oxidación? 591
18.4 Balanceo de reacciones de oxidación-reducción por el método de medias
reacciones 592
18.5 Electroquímica: introducción 597
18.6 Baterías 600
18.7 Corrosión 602
QUÍMICA EN ENFOQUE Acero inoxidable: se pica 603
18.8 Electrólisis 604
QUÍMICA EN ENFOQUE Chimenea que funciona con agua 605
Repaso del capítulo 606
19 Radiactividad y energía nuclear 614
19.1 Decaimiento radiactivo 616
19.2 Transformaciones nucleares 620
19.3 Detección de la radiactividad y el concepto de vida media 621
19.4 Datación por medio de la radiactividad 623
QUÍMICA EN ENFOQUE Datación de diamantes 624

13. xii Contenido
19.5 Aplicaciones médicas de la radiactividad 624
QUÍMICA EN ENFOQUE La TEP, la mejor amiga del cerebro 625
19.6 Energía nuclear 626
19.7 Fisión nuclear 626
19.8 Reactores nucleares 628
19.9 Fusión nuclear 629
QUÍMICA EN ENFOQUE Futuro de la energía nuclear 630
19.10 Efectos de la radiación 631
QUÍMICA EN ENFOQUE Eliminación de desechos nucleares 632
Repaso del capítulo 634
20 Química orgánica 640
20.1 Enlazamiento de carbono 642
20.2 Alcanos 643
20.3 Fórmulas estructurales e isomerismo 646
20.4 Nomenclatura de alcanos 648
20.5 Petróleo 654
20.6 Reacciones de alcanos 655
20.7 Alquenos y alquinos 656
20.8 Hidrocarburos aromáticos 658
20.9 Nomenclatura de compuestos aromáticos 659
QUÍMICA EN ENFOQUE Almacenamiento en naftaleno de termitas 663
20.10 Grupos funcionales 663
20.11 Alcoholes 664
20.12 Propiedades y usos de los alcoholes 666
20.13 Aldehídos y cetonas 668
20.14 Nomenclatura de aldehídos y cetonas 669
20.15 Ácidos carboxílicos y ésteres 671
20.16 Polímeros 673
QUÍMICA EN ENFOQUE La química de la música 675
QUÍMICA EN ENFOQUE La madre de la invención 676
Repaso del capítulo 677
21 Bioquímica 688
21.1 Proteínas 691
21.2 Estructura primaria de las proteínas 691
21.3 Estructura secundaria de las proteínas 694
21.4 Estructura terciaria de las proteínas 695

14. Contenido xiii
21.5 Funciones de las proteínas 696
21.6 Enzimas 696
QUÍMICA EN ENFOQUE Cultivo de la orina 698
21.7 Carbohidratos 699
QUÍMICA EN ENFOQUE ¿Grandes esperanzas? La química de los
placebos 702
21.8 Ácidos nucleicos 702
21.9 Lípidos 706
Repaso del capítulo 712
Apéndice A1
Uso de su calculadora A1
Álgebra básica A3
Notación científica (exponencial) A4
Graficación de funciones A6
Unidades del SI y factores de conversión A7
Soluciones para los ejercicios de autocomprobación A9
Respuestas para las preguntas y ejercicios pares de final de capítulo A27
Respuestas para los ejercicios pares de los repasos acumulativos A53
Índice/Glosario A61

15. xiv
PREFACIO
La séptima edición de Principios de química continúa los objetivos planteados en
las primeras seis ediciones: hacer la química interesante, accesible y comprensible
para los estudiantes que se inician en esta ciencia. En esta edición se ha incluido un
soporte adicional para los instructores y estudiantes con el fin de ayudar a lograr
estos objetivos.
El aprendizaje de la química puede ser muy gratificante. Incluso los novatos,
creemos, pueden relacionar el mundo macroscópico de la química, la observación de
los cambios de color y la formación de precipitados con el mundo microscópico
de los iones y las moléculas. Para alcanzar este objetivo, los instructores realizan
esfuerzos sinceros a efecto de proveer maneras más interesantes y efectivas de apren-
der la química, y se espera que Principios de química se perciba como parte de este es-
fuerzo. En este texto se presentan conceptos de una forma clara y sensible utilizando
un lenguaje y analogías con los que los estudiantes puedan relacionarse. También se
ha escrito el libro de una manera que soporta el aprendizaje activo. En particular, las
Preguntas de aprendizaje activo, ubicadas al final de cada capítulo, proveen un mate-
rial excelente para el trabajo colaborativo de los estudiantes. Además, a lo largo del
libro se ha conectado la química con la experiencia del mundo real en cada oportu-
nidad que se presenta, desde la explicación de las aplicaciones químicas en apertura
de capítulo, a las secciones “Química en enfoque”. Estamos convencidos de que este
método fomentará el entusiasmo y la comprensión real a medida que el estudiante
utiliza el texto. Enseguida se describen los puntos destacados del programa de Prin-
cipios de química.
Lo nuevo en esta edición
Construidos sobre el éxito de las ediciones anteriores de Principios de química, se han
realizado los siguientes cambios para mejorar el texto.
Sección 8.4. Aprendiendo a resolver problemas Se adicionó una nueva sección
que enfatiza la importancia de la resolución conceptual de problemas en la que se
le muestra a los estudiantes cómo pensar maneras de resolver un problema. Los es-
tudiantes aprenderán que este “método de visión general” produce un aprendizaje
significativo a largo plazo en vez de que simplemente memoricen los pasos específi-
cos de los que se olvidan pronto.
Método para la resolución de problemas en los Ejemplos Utilizando el método
conceptual de resolución de problemas general delineado en la sección 8.4, se in-
troduce una serie de preguntas en los ejemplos dentro del capítulo. Este método más
activo ayuda a los estudiantes a pensar en formas de llegar a la solución del proble-
ma. Se utiliza este método para la mayoría de los ejemplos cuantitativos comenzando
en la sección 8.4.

16. Prefacio xv
Sección 9.4. Concepto del reactivo limitante Se adicionó una nueva sección que
ayuda a los estudiantes a comprender mejor el concepto de reactivo limitante. Se
utilizan ejemplos familiares como preparación de sándwiches y limonada, así como
ilustraciones a nivel molecular de las reacciones químicas. Los estudiantes aprenderán
a pensar acerca de los reactivos limitantes antes de que se les pida que realicen cálculos
masa-masa para determinar cuál es el reactivo limitante en una reacción dada.
Nuevas preguntas de aprendizaje activo Se proponen nuevas preguntas de apren-
dizaje activo para cada capítulo (más de 170 problemas en total). Además, varios de
los problemas nuevos incluyen componentes visuales, como gráficas o ilustraciones
a nivel molecular.
Nuevas preguntas al final de los capítulos que utilizan los recuadros de “Quí-
mica en enfoque” Se incluyen nuevas preguntas al final de los capítulos que se
refieren de manera directa a temas cubiertos en los recuadros “Química en enfoque”
(más de 40 en total).
Programa de arte Se revisaron casi todas las figuras en el libro de texto para que los
estudiantes aprendan mejor de una manera visual. La mayoría de la cristalería,
los orbitales, las gráficas y los diagramas de flujo se redibujaron.
Recuadros de “Química en enfoque” Aproximadamente 20% de los recuadros de
“Química en enfoque” son nuevos en esta edición, y se han revisado varios más con
temas actualizados, como los automóviles híbridos, los edulcorantes artificiales y la
tomografía por emisión de positrones (TEP).
Ejercicios al final de los capítulos Se ha remplazado 20% de las preguntas y pro-
blemas al final de los capítulos y de los ejercicios de repaso acumulativos. En la
edición del estudiante, las respuestas a los ejercicios de autocomprobación y los
ejercicios pares se proporcionan al final del libro.
Recursos de enseñanza mejorados para el instructor (en inglés)
OWL: Online Web-based Learning por Roberta Day y Beatrice Botch, de la Univer-
sidad de Massachusetts, Amherst, y William Vining, de la Universidad Estatal de
Nueva York en Oneonta (ISBN-10: 0-538-73740-9; ISBN-13: 978-0-538-73740-1). Crea-
do en la Universidad de Massachusetts, Amherst, y probado en clase por decenas de
miles de estudiantes de química, OWL es un sistema de aprendizaje basado en la Web
totalmente personalizado y flexible. OWL apoya el dominio del aprendizaje y ofrece
una parametrización numérica, química y conceptual para producir miles de pro-
blemas correlacionados con este texto. El sistema también ofrece una base de datos
de simulaciones, tutoriales y ejercicios, así como problemas al final de los capítulos
del texto. Además, ahora incluye asignaciones de ChemWork, las cuales ayudan a los
estudiantes a aprender los conceptos químicos clave mientras los guía en el proce-
so de convertirse en solucionadores de problemas. (Vea la descripción abajo.) Con
OWL obtiene el sistema de aprendizaje en línea más ampliamente utilizado para la
química con una confiabilidad insuperable y un entrenamiento y soporte dedicado.
También es nuevo en OWL Go ChemistryTM
, que consiste de 27 clases en minivideos
que cubren los conceptos clave de la química que los estudiantes pueden ver en
pantalla ¡o descargar en sus reproductores de video portátiles para estudiarlos en
movimiento! El libro electrónico en OWL (ISBN-10: 0-538-73739-5; ISBN-13: 978-0-
538-73739-5) opcional incluye la versión electrónica completa del texto, integrada
por completo y vinculada a los problemas de tarea en OWL. La mayoría de los libros
electrónicos en OWL son interactivos y ofrecen características para destacar, tomar
notas y hacer marcas que pueden guardarse. Además, el libro electrónico incluye
¡NUEVO!

17. xvi Prefacio
enlaces con clases en minivideo de Thinkwell®
. Para ver una demostración de OWL y
para más información, visite www.cengage.com/owl o contacte a su representante
de Cengage Learning, Brooks/Cole.
ChemWork Ofrecido en OWL y en Enhanced WebAssign®
, las asignaciones en Chem-
Work brindan a los estudiantes otra oportunidad para practicar. Estos problemas
están diseñados para que los utilicen de dos maneras: para aprender el proceso de
resolución de problemas (mientras realizan problemas de tarea reales) o como una
asignación de piedra angular para determinar si comprenden cómo resolverlos (qui-
zás en la preparación final de un examen). Las asignaciones en ChemWork prueban
la comprensión de los estudiantes de los conceptos centrales de cada capítulo. Quie-
nes resuelven un problema particular sin asistencia pueden proceder directamente a
la respuesta y recibir felicitaciones. Sin embargo, los que necesitan ayuda obtienen
asistencia a través de una serie de sugerencias. El procedimiento para asistir a los
estudiantes se modela de la forma en que un profesor ayudaría con un problema de
tarea en su cubículo. Las sugerencias por lo regular son preguntas interactivas que
guían a los estudiantes a través del proceso de resolución de problemas, quienes no
pueden recibir la respuesta correcta del sistema; en su lugar fomenta que continúen
resolviendo el problema a través de este sistema de sugerencias múltiples. ChemWork
está parametrizado de manera química y numérica para que cada estudiante en el
curso reciba un conjunto único de problemas.
Enhanced WebAssign®
Es un sistema de aprendizaje en línea sólido y fácil de uti-
lizar que incluye problemas algorítmicos del libro de texto con recursos de aprendi-
zajes ricos en multimedia, como asignaciones en ChemWork y lecturas en minivideo
en Thinkwell®
. Los instructores pueden crear asignaciones a partir de una base de
datos lista para usarse de las preguntas del libro de texto o escribir y personalizar sus
propios ejercicios.
PowerLecture con ExamView®
y DVD del instructor JoinInTM
(ISBN-10: 0-538-
73643-7; ISBN-13: 978-0-538-73643-5). PowerLecture es una biblioteca digital de una
sola parada y presenta herramientas que incluyen lo siguiente.
s Diapositivas de lectura preparadas para Microsoft®
PowerPoint®
que cubren
los puntos clave del texto en un formato conveniente que puede mejorar con
sus propios materiales o con video y animaciones interactivas adicionales del
CD-ROM para lecturas personalizadas y mejoradas con multimedia.
s Bibliotecas de imágenes en PowerPoint®
y formatos JPEG que contienen ar-
chivos electrónicos para todo el arte, la mayoría de las fotografías y todas las
tablas numeradas en el texto. Estos archivos pueden utilizarse para imprimir
diapositivas o para mejorar lecturas en PowerPoint®
.
s Las diapositivas “compaginadoras” JoinInTM
incluyen preguntas que se es-
criben de manera específica para el uso de Principios de química con el sistema
de respuesta en el salón de clases de su elección, y le permite mostrar de ma-
nera perfecta las respuestas a los estudiantes.
s El software ExamView®
incluye los artículos de examen del banco de exáme-
nes en línea en formato electrónico. Este banco, creado por Steven S. Zumdahl
y Donald J. DeCoste, provee más de 1600 preguntas de elección múltiple,
falso-verdadero, respuesta corta, y relacionar y completar. Aproximadamente

18. Prefacio xvii
200 preguntas de la edición anterior se han convertido en algoritmos, lo cual
le permite crear exámenes incluso más personalizados.
Recursos de enseñanza mejorados para el estudiante (en inglés)
Sitio web acompañante para el estudiante Accesible desde www.cengage.com/
chemistry/zumdahl, este sitio provee herramientas en línea para el estudiante, in-
cluyendo exámenes de práctica y tarjetas didácticas.
GoChemistryTM
para química general (conjunto de 27 módulos) (ISBN-10: 0-495-
38228-0; ISBN-13: 978-0-495-38228-7). GoChemistryTM
es un conjunto de videos esen-
ciales fáciles de usar que puede descargar en su iPod o reproductor de video portá-
til: ¡ideal para el estudiante en movimiento! Desarrollado por químicos ganadores
de premios, estas nuevas herramientas electrónicas están diseñadas para ayudar a
los estudiantes a repasar de manera rápida los temas esenciales de la química. Las
lecturas en minivideo incluyen animaciones y problemas para un resumen rápido
de los conceptos clave. Los módulos de GoChemistry seleccionados tienen tarjetas
didácticas electrónicas que introducen de manera breve un concepto clave y des-
pués examinan la comprensión del estudiante de los fundamentos con una serie de
preguntas. GoChemistry también se reproduce en QuickTime, iTunes y iPhones. Los
módulos están disponibles por separado. Para adquirirlos, introduzca el ISBN 0-495-
38228-0 en www.ichapters.com.
OWL para química general, creado por Roberta Day y Beatrice Botch, de la Universi-
dad de Massachusetts, Amherst, y William Vining, de la Universidad Estatal de Nue-
va York en Oneonta [Acceso instantáneo a OWL (4 semestres) ISBN-10: 0-495-05099-7;
ISBN-13: 978-0-495-05099-5]. Creado en la Universidad de Massachusetts, Amherst, y
probado en clase por decenas de miles de estudiantes de química, OWL es un sistema
de aprendizaje basado en la Web totalmente personalizable y flexible. Apoya el do-
minio del aprendizaje y ofrece una parametrización numérica, química y conceptual
para producir miles de problemas correlacionados con este texto. El sistema también
ofrece una base de datos de simulaciones, tutoriales y ejercicios, así como problemas
al final de los capítulos del texto. Además, OWL ahora incluye asignaciones de Chem-
Work, las cuales ayudan a los estudiantes a aprender los conceptos químicos clave
mientras los guía en el proceso para convertirse en solucionadores de problemas.
(Vea la descripción enseguida.) Con OWL obtiene el sistema de aprendizaje en línea
más ampliamente utilizado para la química con una confiabilidad insuperable y un
entrenamiento y soporte dedicado. También es nuevo en OWL GoChemistryTM
, 27 lec-
turas en minivideos que cubren los conceptos clave de la química que los estudian-
tes pueden ver en pantalla o descargar en sus reproductores de video portátiles ¡para
estudiarlos en movimiento! El libro electrónico en OWL (ISBN-10: 0-538-73739-5;
ISBN-13: 978-0-538-73739-5) opcional incluye la versión electrónica completa del
texto, integrada por completo y vinculada con los problemas de tarea en OWL. La
mayoría de los libros electrónicos en OWL son interactivos y ofrecen características
para destacar, tomar notas y hacer marcas que pueden guardarse. Además, incluyen
enlaces a lecturas en minivideo de Thinkwell®
. Para ver una demostración de OWL y
para más información, visite www.cengage.com/owl o contacte a su representante
de Cengage Learning, Brooks/Cole.
Énfasis en la química de las reacciones
Se continúa enfatizando las reacciones químicas al inicio del libro, dejando el mate-
rial más abstracto sobre los orbitales para capítulos posteriores. En un curso en el que
muchos estudiantes se encuentran con la química por primera vez, parece especial-
mente importante que se presente la naturaleza química de la materia antes de que
se expliquen las complejidades teóricas de los átomos y los orbitales. Las reacciones
¡NUEVO!

19. xviii Prefacio
son inherentemente interesantes para los estudiantes y pueden ayudar a conducirlos
a la química. En particular, pueden formar la base de demostraciones fascinantes en
el salón de clases y en experimentos en el laboratorio.
Por tanto, se ha elegido enfatizar las reacciones antes de pasar a los detalles de
la estructura química. Basándose sólo en ideas muy sencillas acerca del átomo, los
capítulos 6 y 7 desarrollan un tratamiento minucioso de las reacciones químicas,
incluyendo cómo reconocer un cambio químico y qué significa una ecuación quí-
mica. Las propiedades de las disoluciones acuosas se explican a detalle y se presta
una atención cuidadosa a las reacciones de precipitación y ácido-base. Además, se
proporciona un tratamiento sencillo de las reacciones de oxidación-reducción. Estos
capítulos deben proveer una base sólida, relativamente temprano en el curso, para
los experimentos en el laboratorio basados en reacciones.
Para los instructores que consideran que es deseable introducir los orbitales al
inicio del curso antes que las reacciones químicas, los capítulos sobre la teoría quí-
mica y el enlace (capítulos 11 y 12) pueden cubrirse de manera directa después del 4.
El capítulo 5 sólo trata la nomenclatura y puede utilizarse dondequiera que se nece-
site en un curso particular.
Desarrollo de habilidades para la resolución de problemas
La resolución de problemas es de alta prioridad en la educación química. Se desea
que los estudiantes adquieran habilidades para solucionar problemas. Fomentar el
desarrollo de tales habilidades ha sido un enfoque central de las primeras ediciones
de este texto y se ha mantenido en esta edición.
En los primeros capítulos se destina un tiempo considerable a guiar a los es-
tudiantes a una comprensión de la importancia del aprendizaje de la química. Al
mismo tiempo, se explica que las complejidades que pueden hacer frustrante esta
disciplina en ocasiones también pueden proveer la oportunidad para adquirir ha-
bilidades en la resolución de problemas que son benéficas en cualquier profesión.
Aprender a pensar como un químico es útil para todos. Para enfatizar esta idea, en
el capítulo 1 se aplica el pensamiento científico a algunos problemas de la vida real.
Una razón por la que la química puede ser desafiante para los estudiantes al
inicio se debe a que con frecuencia no poseen las habilidades matemáticas requeri-
das. Por tanto, se ha prestado atención cuidadosa a tales habilidades fundamentales,
como el uso de la notación científica, el redondeo al número correcto de cifras signi-
ficativas y el reordenamiento de ecuaciones para resolver una cantidad particular. Se
ha seguido de manera meticulosa las reglas que se han asentado para no confundir
a los estudiantes.
La actitud desempeña una función crucial en lograr el éxito en la resolución de
problemas. Los estudiantes deben aprender que un método sistemático y cuidadoso
para los problemas es mejor que la memorización forzada. Se fomenta esta actitud
al inicio del libro utilizando las conversiones de temperatura como un vehículo en
el capítulo 2. A lo largo del libro se favorece un método que comienza con el inten-
to de representar la esencia del problema utilizando símbolos y(o) diagramas y se
termina con el razonamiento acerca de si la respuesta tiene sentido. Se introducen
nuevos conceptos trabajando con cuidado a través del material antes de proporcio-
nar fórmulas matemáticas o estrategias generales. Se fomenta un método paso a paso
cuidadoso en vez del uso prematuro de algoritmos. Una vez que se ha proporcionado
la base necesaria, se destacan las reglas y los procesos importantes en recuadros de
desarrollo de habilidades para que los estudiantes puedan localizarlos con facilidad.
Se ha escrito una nueva sección (sección: 8.4: Aprendiendo a resolver problemas) para
que los estudiantes comprendan mejor cómo pensar maneras de resolver un proble-
ma. Se explica cómo resolverlos de una manera flexible y creativa basada en la com-
prensión de las ideas fundamentales de la química y en preguntarse y responder pre-
guntas clave. Se modela este método en los ejemplos que aparecen a lo largo del texto.

20. Prefacio xix
Muchos ejemplos resueltos están acompañados por ejercicios de autocomproba-
ción, los cuales proporcionan una práctica adicional y están enlazados a los ejerci-
cios al final de los capítulos para ofrecer otra oportunidad a fin de que los estudian-
tes practiquen sus habilidades para la resolución de problemas particulares o para
comprender un concepto específico.
Se ha aumentado el número de ejercicios al final de los capítulos. Como en las
primeras seis ediciones, estos ejercicios están ordenados en “pares relacionados”,
lo que significa que los problemas en el par exploran temas similares. Una sección
de problemas adicionales incluye más práctica sobre los conceptos del capítulo, así
como problemas más desafiantes. Los repasos acumulativos, los cuales aparecen des-
pués de unos cuantos capítulos, examinan los conceptos del bloque de capítulos
precedentes. Las respuestas para los ejercicios pares aparecen en una sección especial
al final del texto.
Manejo del lenguaje de la química y aplicaciones
Se ha recorrido un largo camino para hacer este libro “amigable para el estudiante”
y se ha recibido una retroalimentación entusiasta de quienes lo han utilizado.
Como en las primeras ediciones, se presenta un tratamiento sistemático y minu-
cioso de la nomenclatura química. Una vez que se establece el marco, los estudiantes
pueden progresar a través del libro de manera confortable.
Junto con las reacciones químicas, las aplicaciones forman una parte importante
de la química descriptiva. Debido a que los estudiantes se interesan en el impacto de la
química en su vida, se han incluido varios recuadros nuevos de “Química en enfoque”,
los cuales describen aplicaciones actuales de esta ciencia. Estos recuadros especiales
cubren temas interesantes, como la nueva tecnología para remplazar las bombillas de
luz incandescente, el uso de abejas para detectar drogas y bombas en los aeropuertos, y
el análisis de los isótopos en el cabello humano para identificar el país de origen de las
víctimas de desastres.
Impacto visual de la química
En respuesta a las peticiones de los instructores para incluir ilustraciones y gráficas
de las reacciones químicas, de los fenómenos y de los procesos, se utiliza un diseño a
todo color que permite manejarlo de manera funcional, concienzuda y consistente
para ayudar a que los estudiantes comprendan la química y para hacer el tema más
atractivo. Sólo se han incluido aquellas fotografías que ilustran una reacción quími-
ca o un fenómeno, o que forman una conexión de la química con el mundo real.
Muchas fotografías nuevas mejoran la séptima edición.
Elecciones de cobertura (en inglés, no disponibles
en Latinoamérica)
Para conveniencia de los instructores, están disponibles cuatro versiones de la sépti-
ma edición: dos de tapa blanda y dos de tapa dura. Química básica, séptima edición,
un texto de tapa blanda, provee una cobertura básica de los conceptos químicos y
de las aplicaciones a través de la química ácido-base, y contiene 16 capítulos. In-
troducción a la química, séptima edición, disponible en tapa dura y en tapa blanda,
expande la cobertura a 19 capítulos con la adición del equilibrio, las reacciones
de oxidación-reducción y la electroquímica, la radiactividad y la energía nuclear.
Por último, Principios de química, séptima edición, un texto de tapa dura, incluye
21 capítulos; los dos últimos contienen una breve introducción a la química orgá-
nica y biológica.

21. xx Prefacio
Suplementos para el texto
Un enfoque principal de esta revisión es proveer a los instructores y estudiantes un
nivel sin igual de soporte. Además de los componentes multimedia descritos ante-
riormente, se ofrecen los siguientes materiales.
Para el estudiante
Sitio web acompañante para el estudiante Accesible desde www.cengage.com/
chemistry/zumdahl, este sitio provee herramientas en línea que incluyen exáme-
nes de práctica y tarjetas didácticas.
La Guía de estudio, creada por Donald J. DeCoste, de la Universidad de Illinois,
contiene explicaciones de los capítulos y un repaso de aprendizaje (exámenes de
práctica de los capítulos) (ISBN-10: 0-538-73640-2; ISBN-13: 978-0-538-73640-4).
La Guía de soluciones, diseñada por James F. Hall, de la Universidad de Massachu-
setts, Lowell, contiene soluciones detalladas para las preguntas y ejercicios pares al
final de los capítulos y para los ejercicios de los repasos acumulativos (ISBN-10: 0-538-
73641-0; ISBN-13: 978-0-538-73641-1).
Introducción a la química en el laboratorio, realizada por James F. Hall, contiene
experimentos organizados de acuerdo con la presentación temática del texto. Las
anotaciones en la edición comentada del instructor indican dónde son relevantes
los experimentos de este manual para el contenido del capítulo. El manual de labo-
ratorio se ha actualizado y revisado para esta edición (ISBN-10: 0-538-73642-9; ISBN-
13: 978-0-538-73642-8).
Para el instructor
Edición comentada del instructor Recolecta una abundancia de soporte para la
enseñanza en un paquete conveniente. La ECI contiene los 21 capítulos (el conteni-
do completo de Principios de química, séptima edición). Las anotaciones insertas en
los márgenes de la ECI incluyen:
s Respuestas para los ejercicios de autocomprobación, en punto de uso.
s Respuestas para todas las preguntas y ejercicios al final de los capítulos, en
punto de uso.
s Ejemplos adicionales con respuestas para los ejemplos resueltos suplementa-
rios del texto.
s Tecnología de la información acerca de las animaciones y los videoclips incor-
porados en los materiales de soporte electrónicos de lectura.
s Sugerencias de soporte de enseñanza para métodos de lectura/instrucción es-
pecíficos, actividades y demostraciones en clase para ayudar a impartir los
conceptos.
s Una visión general de los objetivos de aprendizaje de los capítulos.
s Consejos de enseñanza: una guía para resaltar la información relevante del
capítulo.
s Interpretaciones inadecuadas: consejos sobre dónde los estudiantes pueden
tener problemas o confundirse con un tema.
s Demostraciones: instrucciones detalladas para las demostraciones y activida-
des en clase. (Éstas son similares al material del Soporte de enseñanza y pueden
estar referenciadas en las anotaciones de éste.)

22. Prefacio xxi
s Experimentos en el laboratorio: información sobre cuáles laboratorios en el
manual correspondiente son relevantes para el contenido del capítulo.
s Antecedentes: explicaciones de las convenciones utilizadas en el texto.
s Correlaciones del material marcado con íconos entre el texto principal y los
materiales de soporte electrónicos, el Banco de exámenes y el Manual de labora-
torio.
s Notas históricas: información biográfica o histórica acerca de la ciencia y los
científicos.
PowerLecture con ExamView®
y DVD del instructor JoinInTM
(ISBN-10: 0-538-
73643-7; ISBN-13: 978-0-538-73643-5). PowerLecture es una biblioteca digital de una
sola parada y presenta herramientas que incluyen lo siguiente.
s Diapositivas de lectura preparadas para Microsoft®
PowerPoint®
que cu-
bren los puntos clave del texto en un formato conveniente, el cual puede me-
jorar con sus propios materiales o con video y animaciones interactivas adicio-
nales del CD-ROM para lecturas personalizadas y mejoradas con multimedia.
s Bibliotecas de imágenes en PowerPoint®
y formatos JPEG que contienen ar-
chivos electrónicos para todo el arte, la mayoría de las fotografías y todas las
tablas numeradas en el texto. Estos archivos pueden utilizarse para imprimir
diapositivas o para mejorar lecturas en PowerPoint®
.
s Las diapositivas “compaginadoras” JoinInTM
incluyen preguntas de manera
específica para el uso de Principios de química con el sistema de respuesta en
el salón de clases de su elección, y permite mostrar de manera perfecta las
respuestas a los estudiantes.
s Manual de soluciones completo (James F. Hall, Universidad de Massachusetts,
Lowell.) Contiene soluciones detalladas para todos los problemas al final de
los capítulos, los problemas y los ejercicios de los repasos acumulativos.
s Respuestas a las preguntas de aprendizaje activo presentadas al final de los
capítulos, escritas por Donald J. DeCoste.
s La Guía del instructor para la introducción a la química en el laboratorio, di-
señada por James F. Hall, incluye notas generales acerca de cada experimento, el
tiempo de terminación aproximado, los materiales requeridos y las respuestas
para las preguntas pre y pos laboratorio. Las anotaciones en el ECI indican dónde
los experimentos de este manual son relevantes para el contenido del capítulo.
El Manual de laboratorio ha sido actualizado y revisado para esta edición.
s Capítulos de muestra del Manual de soluciones del estudiante y de la Guía de
estudio.
s El software ExamView®
, con todos los artículos de examen del banco de exá-
menes en línea en formato electrónico. Este banco, creado por Steven S. Zum-
dahl y Donald J. DeCoste, provee más de 1600 preguntas de elección múltiple,
falso-verdadero, respuesta corta, y relacionar y completar. Aproximadamente
200 preguntas de la edición anterior se han convertido en algoritmos, lo cual
permite crear exámenes incluso más personalizados.

23. xxii Prefacio
Agradecimientos
Este libro representa los esfuerzos de colaboración de varias personas talentosas y de-
dicadas a las que les debemos mucho. El editor Charles Hartford apoyó muchísimo
en la revisión. Formuló buenas preguntas y proveyó ideas útiles y creativas. También
deseamos agradecer a Cathy Brooks, gerente de proyecto del contenido, quien tuvo
un buen ojo para los detalles y una habilidad misteriosa para hacer todo a la vez y
bien. Apreciamos los esfuerzos de Alyssa White, editora de desarrollo, quien junto
con sus demás tareas fue invaluable para lograr que el arte fuera atractivo y correcto.
Estamos agradecidos por haber trabajado con Sharon Donahue, investigadora de
fotografías, quien una vez más mostró su notable habilidad para encontrar imágenes
sobresalientes.
Jim Hall, de la Universidad de Massachusetts, Lowell, contribuyó de diversas
maneras al éxito de este proyecto. Ha sido de tremenda ayuda con las preguntas y
problemas al final de los capítulos y con los ejercicios de los repasos acumulativos,
junto con la escritura de las Guías de soluciones, la Introducción a la química en el labo-
ratorio y la Guía del instructor para la introducción a la química en el laboratorio.
Especialmente apreciamos los esfuerzos de Gretchen Adams, de la Universidad
de Illinois, por su trabajo en la revisión de los componentes multimedia en Power-
Point®
; de Richard Triplett, del Des Moines Area Community College, por la revisión
de los auxiliares, y de Linda Bush por la revisión del banco de exámenes.
Gracias también a las siguientes personas que proveyeron asistencia valiosa en
esta revisión: Stephanie VanCamp, editora asistente para los auxiliares; Rebecca Be-
rardy-Schwartz, gerente del proyecto de tecnología; Jon Olaffson, asistente editorial;
Nicole Hamm, gerente de mercadotecnia; Megan Greiner, gerente de proyecto (Gra-
phic World); Jill Haber y Cate Barr, directores de arte; Betty Litt, correctora de estilo,
y David Shinn, quien comprobó la exactitud del libro de texto y las soluciones.
Nuestro sincero reconocimiento a todos los revisores que contribuyeron con
retroalimentación y sugerencias para el éxito de este proyecto.
Angela Bickford
Northwest Missouri State University
Simon Bott
University of Houston
Jabe Breland
St. Petersburg College
Frank Calvagna
Rock Valley College
Jing-Yi Chin
Suffolk County Community College
Carl David
University of Connecticut
Cory DiCarlo
Grand Valley State University
Cathie Keenan
Chaffey College
Pamela Kimbrough
Crafton Hills College

24. Prefacio xxiii
Wendy Lewis
Stark State College of Technology
Guillermo Muhlmann
Capital Community College
Lydia Martinez Rivera
University of Texas en San Antonio
Sharadha Sambasivan
Suffolk County Community College
Perminder Sandhu
Bellevue Community College
Lois Schadewald
Normandale Community College
Marie Villarba
Seattle Central Community College

25. xxiv Capítulo 1 Química: introducción
1 Química:
introducción
1.1 Química: introducción
1.2 ¿Qué es la química?
1.3 Resolución de problemas
utilizando un método científico
1.4 Método científico
1.5 Aprendizaje de la química
La química trata con el mundo natural.
(©Vaclav Volrab/Shutterstock)

26. 1.1 Química: introducción 1
Ingrese a OWL en
www.cengage.com/owl para
ver tutoriales y simulaciones,
desarrollar habilidades para
la resolución de problemas y
completar las tareas en línea
asignadas por su profesor.
¿Vio alguna vez un espectáculo de fuegos artificiales el 4 de julio y se preguntó
cómo es posible producir estos diseños hermosos y complicados en el aire? ¿Ha leído
acerca de cómo los dinosaurios gobernaron la Tierra por millones de años y después
desaparecieron de manera repentina? Aunque la extinción sucedió hace 65 millones
de años y puede parecer no importante, ¿pudiera pasarnos lo mismo? ¿Se ha pre-
guntado por qué un cubo de hielo (agua pura) flota en un vaso con agua (también
pura)? ¿Sabía que la “mina” de su lápiz está hecha de
la misma sustancia (carbono) que el diamante de un
anillo de compromiso? ¿Se preguntó alguna vez cómo
una planta de maíz o una palmera crecen aparente-
mente por magia, o por qué las hojas se vuelven de
colores hermosos en el otoño? ¿Sabe cómo funciona la
batería al encender su automóvil o para que funcione
su calculadora? De seguro algunos de estos asuntos y
muchos otros del mundo que lo rodea le han intrigado.
El hecho es que todos estos asuntos se pueden explicar
de manera convincente empleando los modelos de la
química y las ciencias físicas y de la vida relacionadas.
PhotoDisc/Getty
Images
Los fuegos artificiales son un buen
ejemplo de la química en acción.
1.1
O B J E T I V O
Química: introducción
Comprender la importancia del aprendizaje de la química.
Aunque podría parecer que la química tiene poco que ver con los dinosaurios, el
aprendizaje de esta disciplina fue la herramienta que permitió que el paleontólogo
Luis W. Álvarez y sus colaboradores de la Universidad de California en Berkeley “re-
solvieran el caso” de su desaparición. La clave fue el nivel relativamente alto del iri-
dio encontrado en el sedimento que representa el límite entre los periodos terrestres
cretáceo (K) y terciario (T), la época cuando los dinosaurios desaparecieron de ma-
nera virtual de la noche a la mañana (en la escala geológica). Los investigadores de
Berkeley sabían que los meteoritos también tienen un contenido de iridio inusual-
mente alto (con relación a la composición de la Tierra), lo cual los condujo a sugerir
que un meteorito grande impactó la Tierra hace 65 millones de años ocasionando
cambios climáticos que exterminaron a esa especie.

27. 2 Capítulo 1 Química: introducción
El conocimiento de la química es de utilidad para casi todo. Ésta ocurre a nuestro
alrededor todo el tiempo, y su comprensión es útil para médicos, abogados, mecá-
nicos, gente de negocios, bomberos y poetas, entre otros. La química es importante,
no hay duda de eso. Se encuentra en el centro de los esfuerzos dirigidos a producir
nuevos materiales que hagan nuestra vida más fácil y segura, para producir nuevas
fuentes de energía que sean abundantes y no contaminantes y para comprender y
controlar muchas enfermedades que nos amenazan a nosotros y nuestros suministro
de alimento. Aun si su futura carrera no requiere el uso diario de los principios quí-
micos, su vida estará influida en gran medida por esta ciencia.
Una situación fuerte puede hacer que el uso de la química mejore en gran me-
dida nuestra vida. Sin embargo, es importante comprender que sus principios no
son inherentemente buenos o malos; es lo que se hace con este conocimiento lo
que realmente importa. Aunque los humanos somos listos, ingeniosos y nos preocu-
pamos por otros, también podemos ser ambiciosos, egoístas e ignorantes. Además,
tendemos a ser estrechos de mira; nos concentramos demasiado en el presente y no
pensamos lo suficiente acerca de las implicaciones a largo plazo de nuestras accio-
nes. Este tipo de pensamiento ya ha ocasionado varios problemas, pues han ocurrido
en varios frentes daños ambientales severos. No se puede atribuir toda la responsabi-
lidad a las compañías químicas porque todos hemos contribuido a estos problemas.
Sin embargo, es menos importante culpar que buscar soluciones. Una parte impor-
tante de la respuesta debe basarse en la química.
Uno de los campos “más calientes” en las ciencias químicas es la química am-
biental, un área que involucra el estudio de los daños ambientales y la búsqueda de
maneras creativas para tratarlos. Por ejemplo, conozca a Bart Eklund, quien trabaja
en el campo de la química atmosférica para la Radian Corporation en Austin, Texas.
El interés de Bart en una carrera de la ciencia ambiental lo fomentaron dos cursos de
química ambiental y dos cursos de ecología que tomó como estudiante
universitario. Su plan original de ganar varios años de experiencia in-
dustrial y después regresar a la escuela para un posgrado cambió cuando
descubrió que su avance profesional con una licenciatura en ciencias era
posible en el campo de la investigación ambiental. La naturaleza multi-
disciplinaria de los problemas ambientales le permitió proseguir su inte-
rés en varios campos al mismo tiempo. Se podría decir que se especializa
en ser un generalista.
El campo de consulta ambiental le atrae a Bart por varias razones: la
oportunidad de definir y resolver varios problemas de investigación; el
trabajo simultáneo en proyectos diversos; la mezcla de trabajo de escri-
torio, de campo y en el laboratorio; el viajar, y la oportunidad de llevar a
cabo un trabajo gratificante que tiene un efecto positivo en la vida de la
gente.
Entre los aspectos más notables de su carrera están los siguientes.
s Pasar un mes de invierno monitoreando el aire en Grand Tetons, donde tam-
bién conoció a su esposa y aprendió a esquiar.
s Conducir pipas de muestreo manuales en el suelo rocoso del Monumento del
Valle de la Muerte en California.
s Trabajar de manera regular con expertos en su campo profesional y con gente
que disfruta lo que hace.
s Realizar un trabajo vigoroso en un clima a 100 °F mientras viste un traje recu-
bierto de hule, guantes dobles y un respirador.
s Trabajar en y ver Alaska, el Parque Yosemite, las Cataratas del Niágara, Hong
Kong, la República Popular de China, Mesa Verde, la ciudad de Nueva York y
docenas de otros sitios interesantes.
Courtesía,
Bart
Eklund
Bart Eklund comprueba la
calidad del aire en un sitio
de desechos peligrosos.

28. 1.1 Química: introducción 3
©
Cengage
Learning
La carrera de Bart Eklund demuestra cómo los químicos son de ayuda en la re-
solución de los problemas ambientales. Lo que hace la diferencia es cómo se usa el
conocimiento químico.
Un ejemplo que muestra cómo el conocimiento técnico puede ser un “arma
de doble filo” es el caso de los clorofluorocarbonos (CFC). Cuando se sintetizó por
primera vez el compuesto CCl2F2 (originalmente llamado freón-12), fue aclamado
como una sustancia casi milagrosa. Debido a su naturaleza no corrosiva y a su habi-
lidad inusual para resistir la descomposición, el freón-12 se aplicó rápidamente en
sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire, aplicaciones de limpieza y en
el soplado de las espumas para materiales de aislamiento y empacado, y de muchas
otras maneras. Por años todo pareció bien: los CFC en realidad remplazaron materia-
les más peligrosos como el amoniaco, anteriormente empleado en los sistemas de
refrigeración. Fueron vistos en definitiva como “buenos muchachos”. Pero entonces
se descubrió un problema: el ozono en la atmósfera superior que nos protege de la
radiación de alta energía del Sol comenzó a disminuir. ¿Qué ocasionó la destrucción
del vital ozono?
Para gran asombro de todos, los culpables resultaron ser los aparentemente be-
néficos CFC. Inevitablemente, grandes cantidades de este compuesto se habían fuga-
do en la atmósfera pero nadie se había preocupado acerca de esta situación debido a
que estos componentes parecían por completo benignos. De hecho, la gran estabi-
lidad de los CFC (una gran ventaja para sus varias aplicaciones) era al final una gran
desventaja cuando se liberaron en el ambiente. El profesor F. S. Rowland y sus cole-
gas de la Universidad de California en Irvine demostraron que con el tiempo se des-
plazaban a grandes altitudes en la atmósfera, donde la energía del Sol separaba los
átomos de cloro. Estos átomos de cloro a su vez promovían la descomposición del
ozono en la atmósfera superior. (Esto se explicará con más detalle en el capítulo 13.)
Por tanto, una sustancia que poseía tantas ventajas en aplicaciones terrestres se vol-
vía perjudicial en la atmósfera. ¿Quién pudo haber adivinado que se volvería en
nuestra contra?
La buena noticia es que la industria química de Estados Unidos está conducien-
do la investigación para encontrar alternativas de CFC seguras para el ambiente, y sus
niveles en la atmósfera ya están disminuyendo.
La saga de los CFC demuestra que se puede responder con relativa rapidez a un
problema ambiental serio si se decide hacerlo. También es importante comprender
que los fabricantes químicos tienen una nueva actitud acerca del ambiente, y ahora
están entre los líderes en hallar maneras de enfrentar nuestros daños al entorno. Las
industrias que aplican las ciencias químicas están determinadas ahora a ser parte de
la solución en vez de parte del problema.
Como puede ver, el aprendizaje de la química es interesante e importante. Sin
embargo, un curso en esta materia puede hacer más que simplemente ayudarle a
aprender los principios de la química. Un subproducto principal de su estudio es que
se volverá un mejor solucionador de problemas. Una razón de por qué la
química tiene la reputación de ser “difícil” es por que con frecuencia trata
con sistemas bastante complicados que requieren más esfuerzos para re-
solverlos. Aunque esto podría parecer a primera instancia una desventaja,
puede convertirlo en su ventaja si tiene la actitud correcta. Los reclutado-
res para compañías de todo tipo sostienen que una de las primeras cuali-
dades que buscan en un empleado potencial es la habilidad para resolver
problemas. En este libro se pasará gran parte del tiempo resolviendo varios
tipos de problemas utilizando un método sistemático y lógico que le servi-
rá bien en la resolución de cualquier tipo de situación en cualquier campo.
Tenga en cuenta este objetivo más amplio a medida que aprenda a resolver
los problemas específicos relacionados con la química.
Aunque el aprendizaje de la química con frecuencia no es sencillo,
nunca es imposible. De hecho, cualquiera que se interese, sea paciente
Un químico en el
laboratorio.

29. 4
y desee trabajar puede aprender los fundamentos de esta ciencia. Este libro tratará
en gran medida de ayudarle a comprender qué es la química y cómo funciona, y le
indicará cómo se aplica a las cosas que suceden en su vida.
Esperamos con sinceridad que este texto lo motive a aprender la química, hacer
que sus conceptos sean comprensibles para usted y demostrar qué tan interesante y
vital es su estudio.
Q U Í M I C A E N ENFOQUE
©
Inga
Ivanova/
Dreamstime.com
En los años 1960, el algodón libre de arrugas representó un
gran avance frente a la competencia de las fibras sintéticas.
Doctora Ruth: heroína del algodón
La doctora Ruth Rogan Benerito pudo haber sal-
vado la industria del algodón en Estados Unidos. En
la década de 1960 las fibras sintéticas representa-
ron una amenaza competitiva seria para el algodón,
principalmente debido al arrugamiento. Las fibras
sintéticas como el poliéster pueden diseñarse para
que sean altamente resistentes a las arrugas en el
proceso de lavado y en el uso. Por otro lado, los te-
jidos de algodón en la década de 1960 se arrugaban
con facilidad, y las camisas blancas de este material
tenían que plancharse para que se vieran bien. Esta
necesidad colocó al algodón en una seria desventaja
e hizo peligrar una industria muy importante para
la salud económica del sur de Estados Unidos.
Durante la década de 1960 Ruth Benerito trabajó
como científica para el Departamento de Agricultura
de Estados Unidos, donde contribuyó al desarrollo del
tratamiento químico del algodón para hacerlo resis-
tente a las arrugas. De este modo permitió que perma-
neciera como un tejido preeminente en el mercado,
una posición que continúa manteniendo en la actuali-
dad. Fue reconocida con el Premio al logro de una vida
Lemelson-MIT para invenciones en 2002, cuando tenía
86 años de edad.
La doctora Benerito, quien posee 55 patentes,
incluida la del algodón libre de arrugas concedido
en 1969, comenzó su carrera cuando no se esperaba
que las mujeres entraran en los campos científicos.
Sin embargo, su madre, quien era una artista, la
alentó de manera firme a que fuera lo que deseara.
Benerito se graduó de la preparatoria a la edad
de 14 años y asistió al Newcomb College, el colegio
para mujeres asociado con la Universidad Tulane. Se
especializó en química con especialidades secunda-
rias en física y matemáticas. En ese tiempo fue sólo
una de las dos mujeres a las que se les permitió to-
mar el curso de fisicoquímica en Tulane. Obtuvo su
licenciatura en ciencias en 1935 a la edad de 19 años,
y posteriormente consiguió un grado de maestría en
Tulane y un doctorado en la Universidad de Chicago.
En 1953 la doctora Benerito comenzó a trabajar
en el Centro de Investigación Regional del Sur del
Departamento de Agricultura en Nueva Orleáns,
donde se especializó principalmente en el algodón
y en productos relacionados. También inventó un
método especial para la alimentación intravenosa a
largo plazo en pacientes médicos.
Desde su jubilación en 1986 ha continuado en-
señando a estudiantes de ciencias para mantenerse
ocupada. Todo aquel que conoce a la doctora Beneri-
to la describe como una persona ejemplar.
1.2
O B J E T I V O
¿Qué es la química?
Definir la química.
La química puede definirse como la ciencia que trata con los materiales del universo y
los cambios que experimentan estos materiales. Los químicos se involucran en activida-
des tan diversas como el análisis de las partículas fundamentales de la materia, bus-
En el capítulo 3 se explicarán
los cambios químicos y físicos.

30. 1.3 Resolución de problemas utilizando un método científico 5
NASA
1.3
O B J E T I V O
Resolución de problemas utilizando
un método científico
Comprender el pensamiento científico.
Una de las cosas más importantes que hacemos en la vida diaria es resolver proble-
mas. De hecho, la mayoría de las decisiones que usted toma cada día pueden descri-
birse como resolución de problemas.
Es viernes a las 8:30 a.m. ¿Cuál es la mejor manera de conducir a la escuela para
evitar el tráfico?
Tiene dos exámenes el lunes. ¿Debe dividir su tiempo de estudio de manera equi-
tativa o asignar más tiempo a uno que al otro?
Se descompone su automóvil en una intersección transitada y su hermano pe-
queño está con usted. ¿Qué haría a continuación?
Estos son problemas diarios del tipo al que usted se enfrenta. ¿Qué proceso se em-
plea para resolverlos? Puede no haber pensado acerca de esto antes, pero existen
varios pasos que casi todos utilizan para resolver problemas:
1. Reconocer el problema y enunciarlo de manera clara. Parte de la información
se conoce, o algo sucede que requiere acción. En la ciencia se le llama a esta
etapa hacer una observación.
2. Proponer soluciones posibles para el problema o explicaciones posibles para la
observación. En el lenguaje científico, a sugerir tal posibilidad se le llama for-
mulación de una hipótesis.
car moléculas en el espacio, la síntesis y formulación de nuevos materiales de todo
tipo, el uso de bacterias para producir químicos como la insulina, e inventar nuevos
métodos de diagnóstico para la detección temprana de enfermedades.
Con frecuencia a la química se le llama la ciencia central, y con buena razón.
La mayoría de los fenómenos que ocurren en el mundo a nuestro alrededor
involucra cambios químicos, donde una o más sustancias se convierten en
sustancias distintas. Algunos ejemplos de cambios químicos son los si-
guientes.
Madera quemada en el aire forma agua, dióxido de carbono y otras
sustancias.
Crecimiento de plantas que reúnen sustancias sencillas en sustancias
más complejas.
El acero en la oxidación de un automóvil.
Huevos, harina, azúcar y polvo para hornear se mezclan en la prepa-
ración de un pastel.
La definición del término química se aprende y almacena en el cerebro.
Las emisiones de una planta de energía conducen a la formación de
lluvia ácida.
A medida que continuemos, verá cómo los conceptos de la química permi-
ten comprender la naturaleza de estos y otros cambios, y por tanto ayudan a
manipular los materiales naturales para nuestro beneficio.
El lanzamiento del transbordador
espacial da indicaciones claras de
que están ocurriendo reacciones
químicas.

31. 6
Q U Í M I C A E N ENFOQUE
Un problema misterioso
Para ilustrar cómo la ciencia ayuda a solucionar
problemas, considere una historia verdadera acerca
de dos personas: David y Susan (no son sus nombres
reales). Hace varios años David y Susan eran perso-
nas sanas de 40 años que vivían en California, don-
de David estaba sirviendo en la Fuerza Aérea. Poco
a poco Susan comenzó a enfermarse, con síntomas
parecidos a los de la gripe, además de náuseas y
dolores musculares severos. Incluso su personalidad
cambió; se volvió inusualmente gruñona. Pare-
cía una persona por completo distinta de la mujer
sana y feliz de unos cuantos meses antes. Siguiendo
las órdenes del doctor, descansó y bebió muchos flui-
dos, incluidas grandes cantidades de café y jugo de
naranja en su taza favorita, parte del conjunto
de 200 piezas de la vajilla de cerámica adquirida re-
cientemente en Italia. Sin embargo, sólo se enfermó
más, al padecer calambres abdominales extremos
y una anemia severa.
Durante este tiempo David se enfermó y presen-
tó síntomas muy parecidos a los de Susan: pérdida
de peso, dolor agudo en su espalda y brazos y cam-
bios de humor inusuales. La enfermedad se volvió
tan debilitante que se retiró prematuramente de la
Fuerza Aérea y la pareja se mudó a Seattle. Por un
corto periodo su salud mejoró, pero después de de-
sempacar sus pertenencias (incluida la vajilla de ce-
rámica), su salud comenzó a deteriorarse de nuevo.
El cuerpo de Susan se volvió tan sensible que no po-
día tolerar el peso de una cobija. Estaba en el umbral
de la muerte. ¿Qué estaba mal? Los doctores no lo
sabían, pero uno sugirió que podría tener porfiria,
una enfermedad sanguínea rara.
Desesperado, David comenzó a buscar la litera-
tura médica por sí mismo. Un día mientras estaba le-
yendo acerca de la porfiria, una frase sobresalió de la
página: “El envenenamiento por plomo en ocasiones
puede confundirse con porfiria.” ¿Pudiera ser enve-
nenamiento por plomo su padecimiento?
3. Decidir cuál de las soluciones es la mejor o si la explicación propuesta es razo-
nable. Para hacer esto se busca en la memoria cualquier información pertinente
o se rastrea nueva información. En la ciencia se le llama realizar un experimento
a la búsqueda de nueva información.
Se ha descrito un problema muy serio con im-
plicaciones de vida o muerte. ¿Qué debe hacer a
continuación David? Pasando por alto por un mo-
mento la respuesta obvia de llamar al doctor de la
pareja de inmediato para discutir la posibilidad de
envenenamiento por plomo, ¿podía David resolver
el problema por medio del pensamiento científico?
Utilice los tres pasos descritos en la sección 1.3 para
atacar el problema por partes. Esto es importante:
por lo regular se resuelven situaciones complejas di-
vidiéndolas en partes manejables. Después se puede
ensamblar la solución para el problema general a
partir de las respuestas que se han encontrado “por
fragmentos”.
En este caso existen varias partes para el proble-
ma general:
¿Cuál es la enfermedad?
¿De dónde proviene?
¿Puede curarse?
Ataque primero “¿Cuál es la enfermedad?”
Observación. David y Susan están enfermos con
los síntomas descritos. ¿La enfermedad es enve-
nenamiento por plomo?
Hipótesis. La enfermedad es envenenamiento
por plomo.
Experimento. Si la enfermedad es envenena-
miento por plomo, los síntomas deben coincidir
con aquellos conocidos como característicos de
esta situación. Busque los síntomas del envene-
namiento por plomo. David hizo esto y encontró
que coincidían casi de manera exacta con los sín-
tomas de la parejas.
Este descubrimiento apunta al envenenamiento por
plomo como la fuente de su problema, pero David
necesitaba más evidencias.
Observación. El envenenamiento por plomo re-
sulta de niveles altos de este elemento en el to-
rrente sanguíneo.
Hipótesis. La pareja tiene niveles altos de plomo
en su sangre.

32. 7
Experimento. Llevar a cabo un análisis sanguí-
neo. Susan hizo los arreglos para este análisis y
los resultados mostraron niveles altos de plomo
para David y Susan.
Esto confirma que el envenenamiento por plomo
es probablemente la causa del padecimiento, pero
el problema general no está resuelto. Es probable
que David y Susan mueran a menos que encuen-
tren de dónde proviene el plomo.
Observación. Hay plomo en la sangre de la
pareja.
Hipótesis. El plomo está en sus alimentos o bebi-
das cuando los compran.
Experimento. Encontrar si alguien más que haya
comprado en la misma tienda se había enferma-
do (no había nadie). También observe que mu-
darse a una nueva área no resolvió el problema.
Observación. Los alimentos que compran están
libres de plomo.
Hipótesis. La vajilla que usan es la fuente del en-
venenamiento por plomo.
Experimento. Encontrar si su vajilla contiene
plomo. David y Susan aprendieron que con fre-
cuencia se emplean compuestos de plomo para
darle un acabado brillante a los objetos cerámi-
cos. Y los análisis de laboratorio de su vajilla de
cerámica italiana mostraron que había presencia
de plomo en el barnizado.
Cerámica italiana.
Ken
O’Donoghue
Observación. El plomo esté presente en su vaji-
lla, por lo que ésta es una posible fuente de su
envenenamiento por plomo.
Hipótesis. El plomo esta filtrándose en sus ali-
mentos.
Experimento. Colocar una bebida en las tazas,
como jugo de naranja, y después analizarla en
búsqueda de plomo. Los resultados mostraron
niveles altos de este elemento en las bebidas
que habían estado en contacto con las tazas de
cerámica.
Después de muchas aplicaciones del método cien-
tífico se resolvió el problema. Se puede resumir la
respuesta al problema (la enfermedad de David y
Susan) como se indica a continuación: la cerámica
italiana que empleaban para sus comidas diarias
contenía un barnizado de plomo que contaminó sus
alimentos y bebidas. Este plomo se acumuló en su
cuerpo al punto que interfirió de manera seria con
las funciones normales y produjo síntomas severos.
A esta explicación general, la cual resume las hipó-
tesis que concuerdan con los resultados experimen-
tales, se le llama teoría en la ciencia. Esta explicación
justifica los resultados de todos los experimentos lle-
vados a cabo.*
Pudiera continuarse utilizando el método cientí-
fico para estudiar otros aspectos de este problema,
como:
¿Qué tipos de alimentos y bebidas filtran más
plomo de las vajillas?
¿Todas las vajillas de cerámica con barnizados de
plomo producen envenenamiento por plomo?
A medida que se responden preguntas utilizando el
método científico, de manera natural surgen otras.
Al repetir los tres pasos una y otra vez se puede
comprender a fondo un fenómeno dado.
* “David” y “Susan” se recuperaron del envenenamiento por plomo y ahora
difunden los peligros del uso de cerámica barnizada con plomo. Este final feliz
es la respuesta a la tercera parte de su problema general: “¿Puede curarse la
enfermedad?” ¡Simplemente pararon de comer con esa cerámica!
Como se descubrirá en la siguiente sección, los científicos usan estos mismos
procedimientos para estudiar lo que sucede en el mundo que nos rodea. El punto
importante aquí es que el pensamiento científico puede ayudarle en todas las partes
de su vida. Es importante aprender cómo pensar de manera científica, ¡ya sea que de-
see ser un científico, un mecánico de automóviles, un doctor, un político o un poeta!

33. 8 Capítulo 1 Química: introducción
1.4
O B J E T I V O
El método científico
Describir el método que emplean los científicos para estudiar la naturaleza.
En la última sección se comenzó a ver cómo se emplean los métodos de la ciencia
para resolver problemas. En esta sección se examinará a detalle este enfoque.
La ciencia es un marco para la obtención y organización de conocimiento. La
ciencia no es simplemente un conjunto de hechos sino un plan de acción, un proce-
dimiento para el procesamiento y comprensión de cierto tipo de información. Aun-
que el pensamiento científico es de utilidad en todos los aspectos de la vida, en este
texto se usará para comprender cómo opera el mundo natural. Al proceso que se
encuentra en el centro de la investigación científica se le llama método científico.
Como se vio en la sección anterior, consiste de los siguientes pasos.
Las observaciones cuantitativas
involucran un número. Las
cualitativas no.
Pasos en el método científico
1. Enunciar el problema y reunir información (hacer observaciones). Las observaciones
pueden ser cualitativas (el cielo es azul; el agua es un líquido) o cuantitativas (el agua
hierve a 100 °C; cierto libro de química pesa 4.5 libras). Una observación cualitativa
no involucra un número. A una observación cuantitativa se le llama medición, e
involucra un número (una unidad, como libras o pulgadas). En el capítulo 2 se expli-
carán las mediciones.
2. Formular hipótesis. Una hipótesis es una explicación posible para la observación.
3. Llevar a cabo experimentos. Un experimento es algo que se hace para comprobar la
hipótesis. Se obtiene nueva información que permite decidir si la hipótesis está so-
portada por la nueva información que se ha aprendido a partir del experimento. Éste
siempre produce nuevas observaciones y esto regresa de nuevo al inicio del proceso.
Para explicar el comportamiento de una parte dada de la naturaleza, se repiten
estos pasos varias veces. Poco a poco se acumula el conocimiento necesario para
comprender qué está sucediendo.
Una vez que se tiene un conjunto de hipótesis que concuerda con las diversas
observaciones, se ensamblan en una teoría a la que con frecuencia se le llama mode-
lo. Una teoría (modelo) es un conjunto de hipótesis comprobadas que proporcionan
una explicación general de alguna parte de la naturaleza (vea la figura 1.1).
Es importante distinguir entre observaciones y teorías. Una observación es algo
que se atestigua y puede registrarse. Una teoría es una interpretación, una explicación
posible de por qué la naturaleza se comporta de una manera en particular. Las teo-
rías cambian de manera inevitable a medida que se dispone de más información.
Por ejemplo, los movimientos del Sol y las estrellas han permanecido virtualmente
iguales en los miles de años durante los cuales los humanos los han observado, pero
las explicaciones, las teorías, han cambiado en gran medida desde tiempos antiguos.
El punto es que no paramos de hacer preguntas sólo porque se ha ideado una
teoría que parece explicar de manera satisfactoria algunos aspectos del comporta-
miento natural. Se continúan realizando experimentos para refinar las teorías. Por
lo general se hace esto utilizando la teoría para hacer una predicción y después se
realiza un experimento (efectuando una nueva observación) para ver si los resulta-
dos confirman esta predicción.
Observación
Hipótesis
Experimento
Teoría
(modelo)
Ley
Modificación
de la teoría
cuando sea
necesario
Predicción
Experimento
Figura 1.1
Las varias partes del método
científico.

34. 1.5 Aprendizaje de la química 9
1.5
O B J E T I V O
Aprendizaje de la química
Desarrollar estrategias exitosas para el aprendizaje de la química
Los cursos de química tienen una reputación universal de ser difíciles. Existen bue-
nas razones para ello. Por un lado, el lenguaje de la química no es familiar al inicio,
pues muchos términos y definiciones necesitan memorizarse. Como con cualquier
lenguaje, debe conocer el vocabulario antes de que pueda comunicarse de manera efec-
tiva. Este libro tratará de ayudarle destacando los temas que necesiten memorizarse.
Pero la memorización sólo es el comienzo. No se detenga ahí, o su experiencia
con la química será frustrante. Esté dispuesto a pensar y aprenda a confiar en sí mis-
mo para resolver los problemas. Para resolver un problema de química común debe
poner orden en la información dada y decidir qué es realmente crucial.
Es importante que se dé cuenta de que los sistemas químicos tienden a ser com-
plicados; por lo regular existen muchos componentes y se deben realizar aproxi-
maciones para describirlos. Por tanto, la prueba y error desempeñan una función
importante en la resolución de los problemas químicos. Al abordar un sistema com-
plicado, en la práctica un químico realmente no espera que esté bien la primera vez
que analiza el problema. La práctica usual es hacer varias suposiciones para simpli-
ficar y después darle una oportunidad. Si la respuesta obtenida no tiene sentido, el
químico ajusta las suposiciones empleando la retroalimentación de su primer in-
tento, y trata de nuevo. El punto es este: al tratar con sistemas químicos, no espere
Ley. Resumen del
comportamiento observado.
Teoría. Explicación del
comportamiento.
Siempre recuerde que las teorías (modelos) son invenciones humanas. Repre-
sentan los intentos por explicar el comportamiento natural observado en términos
de las experiencias humanas. Se debe continuar realizando experimentos para refi-
nar las teorías a fin de que sean consistentes con el nuevo conocimiento si se desea
abordar una comprensión mucho más completa de la naturaleza.
A medida que se observa la naturaleza, con frecuencia se ve que la misma ob-
servación se aplica a muchos sistemas distintos. Por ejemplo, los estudios de in-
numerables cambios químicos han mostrado que la masa total de los materiales
involucrados es la misma antes y después del cambio. Con frecuencia se formula tal
comportamiento generalmente observado en un enunciado llamado ley natural. A
la observación de que a la masa total de los materiales no le afecta un cambio quími-
co en estos materiales se le llama ley de conservación de la masa.
Se debe reconocer la diferencia entre una ley y una teoría. Una ley es un resumen
del comportamiento observado (medible), mientras que una teoría es una explica-
ción del comportamiento. Una ley indica lo que sucede; una teoría (modelo) es el intento
de explicar por qué sucede.
En esta sección se ha descrito el método científico (el cual se resume en la figu-
ra 1.1) como podría aplicarse de manera ideal. Sin embargo, es importante recordar
que la ciencia no siempre progresa sin problemas y de manera eficiente. Los cientí-
ficos son humanos. Tienen prejuicios; malinterpretan la información; pueden vol-
verse emocionalmente unidos a sus teorías y por tanto perder objetividad, y además
juegan a la política. A la ciencia le afectan los fines de lucro, presupuestos, modas,
guerras y creencias religiosas. Por ejemplo, Galileo fue forzado a retractarse de sus
observaciones astronómicas frente a la fuerte resistencia religiosa. Lavoisier, el padre
de la química moderna, fue decapitado debido a sus afiliaciones políticas. Y gran
parte del progreso en la química de los fertilizantes de nitrógeno resultó del deseo
de producir explosivos para las guerras. El progreso de la ciencia con frecuencia se
retrasa más por las debilidades de los humanos y sus instituciones, que por las limi-
taciones de los dispositivos de medición científicos. El método científico sólo es tan
efectivo como los humanos lo usen. No conduce de manera automática al progreso.

35. 10
Q U Í M I C A E N ENFOQUE
Química: un componente importante
de su educación
¿Cuál es el propósito de la educación? Debido a
que está gastando tiempo, energía y dinero consi-
derables para obtener una educación, esta es una
pregunta importante.
Algunas personas parecen equiparar la educa-
ción con el almacenamiento de hechos en el cerebro.
Estas personas en apariencia creen que la educación
simplemente significa memorizar las respuestas de
todos los problemas presentes y futuros de la vida.
Aunque esto es claramente irracional, muchos estu-
diantes parecen comportarse como si este fuese su
principio guía. Estos estudiantes desean memorizar
listas de hechos y reproducirlas en los exámenes.
Consideran injusta cualquier pregunta del examen
que requiera algún pensamiento original o algún
procesamiento de la información. De hecho, podría
ser tentador reducir la educación a un simple aba-
rrotamiento de hechos, debido a que este método
puede producir satisfacción a cor-
to plazo para el estudiante y el
profesor. Y por supuesto, el alma-
cenamiento de hechos en el ce-
rebro es importante. No puede
funcionar sin saber que rojo sig-
nifica alto, que la electricidad es
peligrosa, que el hielo es resbala-
dizo, y así sucesivamente.
Sin embargo, el sólo recordar
información abstracta sin la ha-
bilidad de procesarla lo hace un
poco mejor que una enciclopedia
andante. Los estudiantes ya for-
mados siempre parecen traer el
©
Laurence
Gough
Estudiante observando la estructura
de una molécula.
mismo mensaje cuando regresan al campus. Las ca-
racterísticas que son importantes para su éxito son
un conocimiento de los fundamentos de sus campos,
la habilidad para reconocer y resolver problemas y
para comunicarse de manera efectiva. También po-
nen énfasis en la importancia de un nivel alto de
motivación.
¿Cómo el estudio de la química le ayuda a lograr
estas características? El hecho de que los sistemas
químicos son complicados es en realidad una ben-
dición, aunque esté bien disfrazada. El estudio de la
química no le hará por sí mismo un buen soluciona-
dor de problemas, pero puede ayudarle a adquirir
una actitud positiva y entusiasta hacia la resolución
de problemas, y puede contribuir a mejorar su con-
fianza. El aprender a “pensar como un químico” pue-
de ser valioso para cualquiera en cualquier campo.
De hecho, la industria química está altamente po-
blada en todos los niveles y en todas las áreas por
químicos e ingenieros químicos. Las personas que
fueron entrenadas como profesionales en esta área
con frecuencia sobresalen no sólo en la investi-
gación y producción química, sino en las áreas de
personal, mercadotecnia, ventas,
desarrollo, finanzas y administra-
ción. El punto es que gran parte
de lo que aprende en este curso
puede aplicarse a cualquier cam-
po de esfuerzo. Por tanto, tenga
cuidado de no tomar un punto de
vista muy estrecho de este curso.
Trate de ver más allá de la frustra-
ción de corto plazo hacia los be-
neficios a largo plazo. Puede no
ser fácil aprender a ser un buen
solucionador de problemas, pero
bien vale la pena el esfuerzo.
comprender de inmediato todo lo que está sucediendo. De hecho, es común (incluso
para un químico experimentado) no comprender al principio. Haga un intento por
resolver el problema y después analice la retroalimentación. No es un desastre cometer
un error siempre que aprenda de él.
La única manera de desarrollar su confianza como un solucionador de problemas
es practicar la resolución de problemas. Para ayudarle, este libro contiene ejemplos
resueltos a detalle. Sígalos de manera cuidadosa, asegurándose de que comprende cada
paso. Estos ejemplos por lo regular son seguidos por un ejercicio similar (llamado
ejercicio de autocomprobación) que debe intentar resolver por su cuenta (al final de cada
capítulo se proporcionan las soluciones detalladas de los ejercicios de autocomproba-
ción). Úselos para verificar si está comprendiendo el material a medida que lo ve.

36. Capítulo 1 Repaso 11
Al final de cada capítulo se presentan preguntas y problemas. Las preguntas re-
pasan los conceptos básicos del capítulo y le dan una oportunidad de comprobar
si comprende de manera apropiada el vocabulario introducido. Algunos de estos
problemas en realidad sólo son ejercicios muy similares a los ejemplos realizados
en el capítulo. Si comprende el material, debe ser capaz de resolver estos ejercicios
de manera directa. Otros problemas requieren más creatividad. Éstos contienen una
brecha de conocimiento, algún territorio no familiar que debe atravesar, y requieren
que piense y tenga paciencia. Para que este curso le sea en realidad de utilidad, es
importante que vaya más allá de las preguntas y ejercicios. La vida ofrece muchos
ejercicios, eventos rutinarios que se abordan de manera bastante automática, pero
los retos reales en la vida son los verdaderos problemas. Este curso puede ayudarle a
convertirse en un solucionador de problemas más creativo.
A medida que haga su tarea, asegúrese de usar los problemas de manera correcta.
Si no puede resolver un problema en particular, no mire de inmediato la solución.
Repase el material relevante en el texto y después intente de nuevo solucionarlo.
No tenga miedo de batallar con un problema. El ver la solución tan pronto como la
busca detiene el proceso de aprendizaje.
El aprendizaje de la química toma tiempo. Use todas las fuentes de las que dis-
ponga y estudie sobre una base regular. No espere demasiado de usted muy pronto.
Es posible que no comprenda todo a la primera y que no sea capaz de resolver varios
problemas la primera vez que lo intente. Esto es normal, no significa que no puede
aprender química. Sólo recuerde seguir trabajando y seguir aprendiendo de sus erro-
res y obtendrá un progreso continuo.
C A P Í T U L O
1 R E PA S O
química (1.2)
método científico (1.4)
teoría (1.4)
ley natural (1.4)
Términos clave
Preguntas de aprendizaje activo
Estas preguntas están diseñadas para ser consideradas por
grupos de estudiantes en la clase. Con frecuencia funcio-
nan bien para la introducción de un tema en particular
en el aula.
1. Explique cómo una hipótesis puede convertirse en
una teoría. ¿Puede una teoría convertirse en una ley?
Explique.
2. Haga cinco observaciones cualitativas y cinco cuantitati-
vas acerca de la habitación en la que está sentado ahora.
3. Liste varias de las reacciones químicas que piense que
son parte de su vida diaria. Explique.
4. Distinga entre “teoría” y “teoría científica”.
5. Describa tres situaciones en las que utilizó el método
científico (fuera de la escuela) el mes pasado.
6. Los modelos científicos no describen la realidad. Son
simplificaciones y por tanto incorrectos en cierto ni-
vel. ¿Por qué son útiles los modelos?
7. Las teorías deben inspirar preguntas. Explique una
teoría científica que conozca y las preguntas que
origina.
8. Describa cómo configuraría un experimento para
probar la relación entre la finalización de la tarea
asignada y la calificación final que recibe en el curso.
9. Si todos los científicos emplean el método científi-
co para tratar de llegar a una mejor comprensión del
mundo, ¿por qué surgen tantos debates entre ellos?
10. Como se enuncia en el texto, no hay un método cien-
tífico. Sin embargo, realizar observaciones, formular
hipótesis y llevar a cabo experimentos por lo general
son los componentes del “hacer ciencia”. Lea la si-
dirige a la sección Química en enfoque en el capítulo
indica problemas visuales
las versiones interactivas de estos problemas son asignables en OWL

37. 12 Capítulo 1 Química: introducción
guiente entrada y liste cualquier observación, hipóte-
sis y experimento. Justifique su respuesta.
Frank y Joyce están comiendo pasas y bebiendo
ginger ale. Frank deja caer de manera accidental una
pasa en su ginger ale. Ambos observan que la pasa
cae al fondo del vaso. Pronto la pasa se eleva a la su-
perficie del ginger ale y después se hunde. Dentro
de un par de minutos, ésta se eleva y se hunde de
nuevo. Joyce comenta: “Me pregunto por qué pasó
esto.” Frank dice: “No lo sé, pero veamos si funciona
en el agua.” Joyce llena un vaso con agua y deja caer
la pasa en el vaso. Después de unos minutos Frank
asevera: “No, no va hacia arriba y hacia abajo en el
agua.” Joyce observa de cerca las pasas en los dos va-
sos y enuncia: “Mira, hay burbujas en las pasas en
el ginger ale pero no en las pasas en el agua.” Frank
agrega: “Deben ser las burbujas las que hacen que la
pasa suba.” Joyce dice: “Está bien, ¿pero por qué se
hunde de nuevo?”
11. En la sección 1.3 se asevera que tomar un método cien-
tífico para su profesión es benéfico para científicos, me-
cánicos de automóviles, doctores, políticos y poetas.
Explique cómo pudiera usar cada una de estas personas
un método científico en su profesión.
12. Como parte de un proyecto de ciencias, estudie los
patrones de tráfico de su ciudad en una intersección
en medio del centro de la ciudad. Configure un dis-
positivo que cuente los automóviles que pasan a tra-
vés de esta intersección por un periodo de 24 horas
durante un día de la semana. La gráfica del tráfico por
hora se parece a ésta.
a) ¿En qué tiempo(s) pasa el mayor número de auto-
móviles a través de la intersección?
b) ¿En qué tiempo(s) pasa el menor número de auto-
móviles a través de la intersección?
c) Describa de manera breve la tendencia en los nú-
meros de automóviles en el curso del día.
d) Provea una hipótesis que explique la tendencia en
los números de automóviles en el curso del día.
e) Proporcione un experimento posible que pudiera
comprobar su hipótesis.
13. Confrontado con la caja mostrada en el diagrama, de-
sea descubrir algo acerca de su funcionamiento inter-
no. No tiene herramientas y no puede abrirla. Tira de
la cuerda B y se mueve con bastante libertad. Cuando
tira de la cuerda A, la cuerda C parece ser tirada lige-
ramente en la caja. Cuando tira de la C, la cuerda A
casi desaparece en la caja.*
* De Yoder, Suydam y Snavely. Chemistry, Nueva York: Harcourt Brace Jovanovich, 1975, pp. 9-11.
a) Con base en estas observaciones, construya un
modelo para el mecanismo interior de la caja.
b) ¿Qué otros experimentos podría realizar para refi-
nar su modelo?
Preguntas y problemas
1.1 Química: introducción
P R E G U N T A S
1. La química es un tema académico intimidante para
muchos estudiantes. ¡No está solo si tiene miedo de
no hacerlo bien en este curso! ¿Por qué supone que
el estudio de la química es tan intimidante para mu-
chos estudiantes? ¿Qué le molesta acerca de tener que
tomar un curso de química? Haga una lista de sus
preocupaciones y llévelas a clase para su discusión
con sus compañeros y su instructor.
2. Los primeros párrafos en este capítulo le plantean
si se ha preguntado cómo y por qué varias cosas en
nuestra vida diaria suceden de la manera en que lo
hacen. Para su siguiente clase, haga una lista de cinco
cosas similares relacionadas con la química para su
discusión con su instructor y los demás estudiantes.
3. Esta sección presenta varias formas en las que la quí-
mica ha enriquecido nuestra vida diaria. Liste tres
materiales o procesos que involucren la química que
sienta que han contribuido a tal enriquecimiento, y
explique sus elecciones.
4. El segmento “Química en enfoque” Doctora Ruth: he-
roína del algodón explica la enorme contribución de la
doctora Ruth Rogan Benerito a la sobrevivencia de la in-
dustria del tejido de algodón en Estados Unidos. En
la explicación se mencionó que Benerito se hizo quí-
mica cuando no se esperaba que las mujeres se inte-
resaran en, o fueran buenas en, temas científicos. ¿Ha
cambiado esta actitud? Entre sus conocidos, ¿aproxi-
madamente cuántas de sus amigas están estudiando
una ciencia? ¿Cuántas planean seguir una carrera en
ciencia? Explique.
12 a.m. 6 a.m. mediodía 6 p.m.
60
50
40
30
20
10
0
Número
de
automóviles
Tiempo
Todas las preguntas y problemas con número par tienen respuestas al final de este libro y en la Guía de soluciones.
A B C

38. Capítulo 1 Repaso 13
1.2 ¿Qué es la química?
P R E G U N T A S
5. Este libro de texto le provee una definición específica
de la química: el estudio de los materiales de los cua-
les está hecho el universo y las transformaciones que
experimentan estos materiales. Obviamente, tal defi-
nición general tiene que ser muy amplia y no especí-
fica. A partir de su punto de vista en este momento,
¿cómo definiría la química? Para usted, ¿qué son las
“sustancias químicas”? ¿Qué hacen los “químicos”?
6. También utilizamos reacciones químicas en nuestra
vida diaria, no sólo en el laboratorio de ciencias. Pro-
porcione al menos cinco ejemplos de transformacio-
nes químicas que utiliza en sus actividades diarias.
Indique cuál es la “sustancia química” en cada uno
de sus ejemplos y cómo reconoce que se lleva a cabo
un cambio químico.
1.3 Resolución de problemas utilizando un método
científico
P R E G U N T A S
7. Lea el segmento “Química en enfoque” Un problema
misterioso y explique cómo David y Susan analizaron
la situación y llegaron a la teoría de que el barnizado
de plomo en la cerámica era el responsable de sus sín-
tomas.
8. Ser un científico es mucho muy parecido a ser un de-
tective. Los detectives como Sherlock Holmes o Miss
Marple practican un análisis bastante sistemático de
un crimen para resolverlo, de manera muy similar a
como trabajan los científicos cuando llevan a cabo
una investigación científica. ¿Cuáles son los pasos
que los científicos (o detectives) utilizan para resolver
problemas?
1.4 El método científico
P R E G U N T A S
9. ¿Por qué un científico realiza observaciones repetidas
de un fenómeno? ¿Una observación es lo mismo que
una teoría? ¿Por qué sí (o por qué no)? ¿Una hipótesis
es lo mismo que una teoría? ¿Cuándo un conjunto de
hipótesis se convierte en una teoría?
10. Las observaciones pueden ser cualitativas o cuantita-
tivas. A las observaciones cuantitativas por lo regular
se les conoce como mediciones. Liste cinco ejemplos
de observaciones cualitativas que podría realizar alre-
dedor de su casa o escuela. Liste cinco ejemplos de
mediciones que podría realizar en la vida diaria.
11. En esta sección se utilizan varias palabras que los
estudiantes pueden encontrar difíciles de distinguir.
Escriba sus propias definiciones de los siguientes tér-
minos y llévelas a clase para su discusión con su ins-
tructor y compañeros: teoría, experimento, ley natural,
hipótesis.
12. Aunque, en general, la ciencia ha hecho avanzar en
gran medida nuestra comprensión de la vida, en oca-
siones tiene un “lado oscuro”. Proporcione un ejem-
plo del mal uso de la ciencia y explique cómo esto ha
tenido un efecto adverso en nuestra vida.
13. Aunque la ciencia debe conducir a soluciones de pro-
blemas que son completamente independientes de
fuerzas externas, con mucha frecuencia en la historia
las investigaciones científicas han sido influidas por
prejuicios, fines de lucro, modas, guerras, creencias
religiosas y otras fuerzas. Su libro de texto menciona
el caso de Galileo, que tuvo que cambiar sus teorías
acerca de la astronomía debido a la intervención de
las autoridades religiosas. ¿Puede proporcionar tres
ejemplos adicionales de cómo las investigaciones
científicas han sido influidas de manera similar por
fuerzas no científicas?
1.5 Aprendizaje de la química
P R E G U N T A S
14. Aunque repasar sus notas y leer su libro de texto es
importante, ¿por qué el estudio de la química depen-
de en gran medida de la resolución de problemas?
¿Puede aprender a resolver problemas por sí mismo
observando los ejemplos resueltos en su libro de tex-
to o en su guía de estudio? Explique.
15. ¿Por qué la habilidad para resolver problemas es im-
portante en el estudio de la química? ¿Por qué el mé-
todo empleado para atacar un problema es tan impor-
tante como la respuesta al problema?
16. Los estudiantes que se aproximan al estudio de la quí-
mica deben aprender ciertos hechos básicos (como
los nombres y símbolos de la mayoría de los elemen-
tos comunes), pero es mucho más importante que
aprendan a pensar de manera crítica más allá de los
ejemplos específicos explicados en clase o en el libro
de texto. Explique cómo aprender a hacer esto podría
ser de utilidad en cualquier carrera, aun en una bas-
tante alejada de la química.
17. El segmento “Química en enfoque” Química: un com-
ponente importante de su educación explica cómo el es-
tudio de esta disciplina puede ser benéfico no sólo en
sus cursos de esta materia sino en sus estudios en ge-
neral. ¿Cuáles son algunas características de un buen
estudiante y cómo el estudio de la química le ayuda a
lograr estas características?
Todas las preguntas y problemas con número par tienen respuestas al final de este libro y en la Guía de soluciones.

39. 14 Capítulo 2 Mediciones y cálculos
2 Mediciones
y cálculos
2.1 Notación científica
2.2 Unidades
2.3 Mediciones de longitud,
volumen y masa
2.4 Incertidumbre en las mediciones
2.5 Cifras significativas
2.6 Resolución de problemas
y análisis dimensional
2.7 Conversiones de temperatura:
método para la resolución
de problemas
2.8 Densidad
Ampliación de una probeta.
(Masterfile)